DISPOSITIF D'ALIMENTATION ELECTRIQUE POUR LA CHARGE D'EQUIPEMENTS AMOVIBLES, EN PARTICULIER LE CHARGEMENT DE BATTERIE D'UN VEHICULE AUTOMOBILE

La présente invention concerne le domaine des dispositifs d'alimentation électrique pour la charge d'équipements amovibles.

La présente invention s'applique en particulier à la définition d'un point de livraison d'énergie électrique, formé typiquement mais non limitativement d'une borne électrique, destiné à alimenter une charge électrique mobile, tel qu'un véhicule électrique, un véhicule hybride rechargeable, une caravane, un bateau, un étalage de marché, un outillage ou tout autre équipement équivalent.

Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux équipements listés ci-dessus mais s'étend à tout équipement amovible par rapport au point de livraison d'énergie électrique, c'est-à-dire destiné à être séparé physiquement du dispositif d'alimentation électrique.

On a représenté schématiquement sur la figure 1 annexée, un dispositif connu d'alimentation électrique pour la charge d'équipements amovibles. On aperçoit sur la figure 1 annexée un dispositif qui comprend un poste d'alimentation électrique 10 fixe relié à un équipement amovible 20 par un câble 30.

Le câble 30 comprend quatre fils : deux fils 31, 32 destinés à véhiculer le signal électrique de puissance pour la charge, par exemple un fil de phase et un fil de neutre, un fil de terre 33 destiné à la protection du système et un fil pilote 34.

On a représenté schématiquement sur la figure 1 au sein du poste d'alimentation 10 un circuit 12 relié au fil pilote 34 et qui assure par l'intermédiaire d'un bobinage 14 l'ouverture sur commande d'interrupteurs 15, 16 associés aux fils 31, 32. Sur la figure 1, la source électrique est référencée 1. Par ailleurs, on a représenté schématiquement sur la figure 1 au sein de l'équipement 20 un circuit de charge 22 associé à une batterie 24.

Le dispositif représenté sur la figure 1 s'avère complexe du fait qu'il exige d'une part, un câble 30 à quatre fils en raison de la présence du fil pilote 34, et d'autre part, des connecteurs ou prises non standards référencés 18 côté dispositif d'alimentation 10 et 28 côté équipement 20.

Le dispositif illustré sur la figure 1 exploitant un fil pilote 34 répond en particulier à la norme CEI61851.

On a représenté schématiquement sur la figure 2 un dispositif conforme à l'enseignement du document FR-A-2 701 176, destiné à la vérification de chargement des batteries d'un appareil électrique tel qu'un véhicule.

On retrouve sur la figure 2 un dispositif d'alimentation électrique fixe 10 relié à un équipement amovible 20 par l'intermédiaire d'un câble 30. Le câble 30 comprend ici seulement trois fils : deux fils 31, 32 destinés à véhiculer le signal de puissance pour la charge et un fil de terre 33.

Le dispositif représenté sur la figure 2 comprend, au niveau du poste fixe 10, une unité centrale 40 couplée aux fils 31, 32, d'une part par une boucle inductive d'excitation 41 et, d'autre part par une boucle inductive de détection 42. La boucle d'excitation 41 a pour fonction d'appliquer une excitation issue de l'unité centrale 40, sur au moins un des fils 31, 32. La boucle de détection 42, en combinaison avec une boucle de détection secondaire 43 associée à la ligne de terre 33, est destinée à détecter le courant de réponse sur le fil de masse 33. L'unité centrale 40 assure également l'ouverture sur commande d'interrupteurs 15, 16 associés aux fils 31, 32 par l'intermédiaire d'une bobine 14. Du côté équipement amovible 20, il est prévu un circuit résonant 25 formé typiquement d'une self 26 en série d'un condensateur 27 entre le fil de phase qui subit l'excitation et le fil de masse 33. On a représenté par ailleurs sur la figure 2, un condensateur 50 servant de filtre placé dans le module amovible 20 entre les fils 31, 32 et des filtres à base de bobine 51, 52 disposés en amont du dispositif de charge 22 pour interdire le transfert des signaux d'excitation générés

par l'unité centrale 40 et appliqués aux fils 31, 32 via la boucle d'excitation 41, sur le dispositif de charge proprement dit 22.

Bien que prometteur dans son principe, le dispositif illustré sur la figure 2 n'a pas donné lieu à un développement industriel et économique significatif. Comme cela est indiqué dans le préambule du document FR- A-2 701 176, le dispositif ainsi décrit est limité en ce qu'il se préoccupe uniquement de vérifier la présence effective d'un véhicule pendant le chargement des batteries, la continuité du fil de masse du câble d'alimentation et éventuellement l'absence de courant de fuite. Le problème général posé dans le cadre de la présente invention est celui de proposer un dispositif d'alimentation électrique, et plus précisément encore un réseau de tels dispositifs d'alimentation électrique, pour la charge d'équipements amovibles, qui soit à la fois fiable et économique. En effet, le succès des véhicules électriques et/ou des véhicules hybrides rechargeables requiert la mise en place d'une infrastructure de recharge dense répondant aux critères de fiabilité et d'économie précités.

Un but particulier de la présente invention est notamment de proposer un dispositif d'alimentation électrique qui permette de manière simple et économique de garantir, à des fins de protection, la continuité de terre entre chacun des postes fixes d'alimentation électrique respectivement choisi dans un réseau disponible et chacun des équipements amovibles associés, comme requis par les normes en vigueur. Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention, grâce à un dispositif d'alimentation électrique comprenant :

- au moins un poste d'alimentation électrique relié à une source d'alimentation électrique,

- un module embarqué respectivement dans chaque équipement à charger à partir du poste d'alimentation électrique, et

- un câble adapté pour relier de façon amovible le poste d'alimentation électrique et chaque module, ledit câble comprenant un fil de terre et des fils véhiculant un signal électrique de puissance utile à la charge

(par exemple deux fils de neutre et de phase ou plus pour un cas d'alimentation multi-phasée), caractérisé par le fait que chaque module embarqué comprend un émetteur et chaque poste d'alimentation électrique comprend un récepteur associé, ledit émetteur étant adapté pour générer entre la terre et l'un au moins des fils de puissance un signal périodique de test de continuité de terre et des données de commande du processus de charge.

L'homme de l'art comprendra à la lecture de la description détaillée qui va suivre que la présente invention permet d'améliorer la fiabilité du contrôle de la continuité de terre en délocalisant, dans chaque module embarqué, c'est à dire en un lieu déporté par rapport au poste qui comporte les interrupteurs permettant d'interrompre l'alimentation électrique, l'émetteur du signal permettant de vérifier la continuité de terre, en regard de l'état de l'art illustré sur la figure 2 dans lequel l'unité centrale 40 qui émet les signaux d'excitation est localisée dans le poste qui comporte les interrupteurs permettant d'interrompre l'alimentation électrique en cas de besoin.

La présente invention concerne également les postes d'alimentation électrique et les modules embarqués précités en tant que tels.

D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels :

- la figure 1 précédemment décrite représente un premier exemple de dispositif connu conforme à l'état de la technique,

- la figure 2 précédemment décrite représente un deuxième exemple de dispositif connu conforme à l'état de la technique, - la figure 3 représente sous forme de blocs fonctionnels l'architecture générale d'un dispositif d'alimentation électrique conforme à la présente invention,

- les figures 4, 5, 6 et 7 représentent schématiquement quatre variantes de dispositifs d'alimentation électrique conformes à la présente invention, et

- la figure 8 représente une vue d'un mode de réalisation particulier conforme à la présente invention.

On aperçoit sur la figure 3 un dispositif d'alimentation électrique conforme à la présente invention comprenant un poste d'alimentation électrique 100, de préférence fixe, relié d'une part à une source d'alimentation électrique 1, par exemple un réseau de distribution d'énergie électrique alternatif, et relié d'autre part à un module 200 embarqué sur un équipement amovible, par l'intermédiaire d'un câble 30 Le câble 30 possède trois fils : deux fils 31, 32 destinés à véhiculer un signal de puissance pour la charge électrique et un fil de terre 33.

Sur la figure 3 on a représenté un seul poste 100 et un seul module 200. En pratique cependant la présente invention s'applique à la charge d'un grand nombre de modules embarqués 200 à partir de l'un quelconque d'une pluralité de postes 100 organisés en réseau.

Sur la figure 3, on a schématisé au niveau du module 200, sous la référence 22 un dispositif de charge proprement dit et sous la référence 24 une batterie électrique. Le dispositif de charge 22 et la configuration de la batterie 24 peuvent faire l'objet de nombreuses variantes de réalisation qui ne seront pas décrites par la suite. A titre d'exemple, la batterie 24 peut être formée d'un assemblage de cellules multiples connectées en série/parallèle. Comme indiqué précédemment, selon une caractéristique essentielle de l'invention, le module 200 comprend un émetteur 210 associé à un récepteur 110 placé dans chaque poste d'alimentation électrique 100. L'émetteur 210 est connecté entre la ligne de terre 33 et l'un au moins des fils de puissance 31, 32. L'émetteur 210 est adapté pour générer entre la ligne de terre 33 et l'un au moins des fils de puissance 31, 32, un signal périodique de test de continuité de la terre 33.

De préférence, mais non limitativement, les signaux périodiques générés par l'émetteur 210 sont compris dans la gamme de fréquence de 75 à 145 kHz. A cette fin, l'émetteur 210 peut être formé selon toutes techniques connues de l'homme de l'art pour la génération de Courants Porteurs en Ligne ou « CPL » sur la ligne de terre 33.

Sur la figure 3, on a représenté un émetteur 210 couplé respectivement aux deux fils de puissance 31, 32 par l'intermédiaire de condensateurs 220, 222. Dans ce cas, l'émetteur 210 est référencé par rapport aux deux lignes 31, 32. Il fonctionne en mode commun entre le fil de terre 33 et les deux fils 31, 32 qui constituent le circuit de puissance. Le cas échéant, l'émetteur 210 pourrait être relié par un tel condensateur 220 ou 222 à l'une seulement des deux lignes 31, 32.

Bien entendu, le récepteur 110 doit être placé entre la terre 33 et la même ligne de référence 31 ou 32 ou 31 et 32 que l'émetteur 210. Sur la figure 3, on a référencé un récepteur 110 couplé aux lignes 31, 32 par l'intermédiaire de condensateurs respectifs 120, 122.

Le récepteur 110 pilote des interrupteurs 15, 16 associés aux lignes 31, 32, par l'intermédiaire d'une bobine 14, afin d'assurer l'ouverture des lignes 31, 32 en cas de détection de défaut sur la terre 33 ou lorsque la charge requise est atteinte.

L'émetteur 210 véhicule également sur la ligne de terre 33 tous signaux utiles pour le pilotage du processus de charge, par exemple des informations représentatives de la valeur maximale de courant choisie, du temps de charge et du total de l'énergie pour une charge donnée. A titre d'exemple non limitatif, l'émetteur 210 émet, sur le fil de terre 33, les signaux de tests précités de continuité de terre à une période de l'ordre de 20 ms.

L'injection des signaux périodiques de test sur la terre 33, grâce à l'émetteur 210 et la détection de ces signaux par un récepteur 110 peuvent être opérées selon toute modalité connue de l'homme de l'art, en particulier selon une modalité série (injection et détection en courant) comme représentée sur la figure 4, ou une modalité parallèle (injection et détection en tension) comme représentée sur la figure 5.

On aperçoit en effet sur la figure 4, un émetteur 210 couplé à la ligne de terre 33 au sein du module 200 par un couplage inductif grâce à une bobine d'excitation 212 prévue en sortie de l'émetteur 210 et une bobine 332 associée prévue sur le fil de terre 33. Un tel couplage inductif peut être formé d'un transformateur classique ou de deux bobines montées sur une ferrite commune 214, voire tout montage équivalent.

De même, sur la figure 4 on a représenté un récepteur 110 comportant un bobinage d'entrée 112 couplé à un bobinage 334 prévu au sein du dispositif d'alimentation électrique 100 sur le fil de terre 33. Là encore, les bobinages 112, 334 peuvent être formés d'un transformateur classique ou de deux bobinages montés sur une ferrite commune 114, voire tout montage équivalent.

Les transformateurs précités 212/332 et 112/334 sont avantageusement accordés sur la fréquence utilisée par l'émetteur 210.

Sur la figure 4, on aperçoit par ailleurs, au niveau de chaque module embarqué 200 deux condensateurs 220, 222 montés respectivement entre la ligne de terre 33 et les lignes de signal de puissance 31, 32 pour fermer le circuit électrique au niveau du module 200 et de manière similaire deux condensateurs 120, 122 placés respectivement au niveau du poste d'alimentation électrique 100 entre la ligne de terre 33 et les lignes de signal de puissance 31, 32, là encore pour fermer le circuit électrique.

On a représenté sur la figure 5, une variante de réalisation dans laquelle l'injection des Courants Porteurs en Ligne par l'émetteur 210, sur la ligne de terre 33, au niveau des modules 200 et la détection des mêmes CPL par le récepteur 110 au niveau du poste d'alimentation 100, sont opérées en parallèle, c'est-à-dire entre la ligne de terre 33 et l'un au moins des fils de puissance 31, 32. A cette fin, comme on le voit sur la figure 5, l'émetteur 210 est cette fois couplé entre la ligne de terre 33 et l'une au moins des lignes de signal de puissance 31, 32 par l'intermédiaire des condensateurs 220, 222.

De manière comparable, au niveau du dispositif d'alimentation électrique 100, le récepteur 110 est couplé entre la ligne de terre 33 et l'une au moins des lignes de puissance 31, 32 par l'intermédiaire des condensateurs respectifs 120, 122. Bien entendu, comme illustré sur les figures 6 et 7 on peut combiner d'une part une émission en série ou en parallèle des Courants Porteurs en Ligne de test de continuité de terre, par l'émetteur 210, avec d'autre part une détection en série ou en parallèle au niveau des modules d'alimentation électrique 100 grâce au récepteur 110. On a ainsi représenté sur la figure 6, la combinaison d'une émission série au niveau d'un module 200 et d'une détection parallèle au niveau d'un poste d'alimentation électrique associé 100.

On a représenté sur la figure 7, la combinaison d'une émission parallèle au niveau d'un module 200 et d'une réception série au niveau d'un poste d'alimentation électrique associé 100.

Dans le cadre de la présente invention, la source d'alimentation électrique 1 peut être indifféremment un réseau ou source d'alimentation électrique alternatif monophasée ou triphasée 50Hz/60Hz

(avec ou sans neutre) une source de courant continu ou tout autre réseau ou source de fourniture d'énergie électrique.

La présente invention s'applique à toute situation de livraison de courant électrique, aussi bien en situation domestique que dans des lieux publics.

On a représenté sur la figure 8 annexée, un mode de réalisation particulier conforme à la présente invention. On aperçoit sur la figure 8, un circuit résonant série 230 connecté entre la ligne de terre 33 et l'une au moins des lignes de puissance 31, 32, par l'intermédiaire des condensateurs 220, 222. Le circuit résonant série 230 est formé à base d'une self 232 associée aux condensateurs 220, 222 précités et comprenant, le cas échéant, en parallèle une impédance 234 destinée à ajuster la qualité de résonance du circuit.

On retrouve sur la figure 8, au niveau du poste d'alimentation électrique 100, un circuit résonant série similaire 130. Le circuit 130

comprend une self 132 reliée en série de la ligne de terre 33 et de l'une au moins des lignes de puissance 31, 32 par l'intermédiaire de condensateurs 120, 122. Là encore, le cas échéant, une impédance 134 peut être placée en parallèle de la self 132 pour ajuster la qualité de résonance du circuit.

Les circuits résonants série 130 et 230 sont de préférence accordés sur la fréquence de l'émetteur 210. Ils permettent le passage des courants HF nécessaires à la transmission des données.

Enfin, on a représenté sur la figure 8, du côté du module embarqué 200, un filtre 240 formant circuit bouchon destiné à interdire le transfert des courants porteurs en ligne issus de l'émetteur 210, vers le circuit de charge 22. Un tel filtre 240 peut faire l'objet de tout mode de réalisation connu de l'homme de l'art.

On a représenté sur la figure 8, un tel filtre 240 sous la forme de selfs 242, 245 placées en série respectivement sur les fils de puissance 31, 32 en amont du circuit de charge 22. Le cas échéant, il peut être prévu en parallèle de chaque self 242, 245 un condensateur d'accord 243, 246 et une impédance 244, 247 destinés à ajuster les caractéristiques du filtre. Des condensateurs de filtrage 248, 249 formant court-circuit HF peuvent être prévus en parallèle des lignes d'alimentation électriques 31, 32 respectivement en amont et en aval du filtre 240.

De même, on a représenté sur la figure 8, au niveau du dispositif d'alimentation électrique 100, un filtre 140 destiné à éviter le transfert des courants porteurs en ligne issus de l'émetteur 210, vers la source d'alimentation électrique 1.

Là encore, le filtre 140 peut être formé de tout mode de réalisation connu de l'homme de l'art.

Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1, ce filtre 140 comprend une self 142, 145 placée en série sur chaque ligne d'alimentation 31, 32, entre la source d'alimentation électrique 1 et le circuit résonant 130. Le cas échéant, un condensateur d'accord 143, 146 et une impédance 144, 147 peuvent être prévus en parallèle

respectivement des selfs 142, 145 afin d'ajuster les caractéristiques du filtre.

Par ailleurs, des condensateurs 148, 149 peuvent être prévus en parallèle des lignes 31, 32 respectivement en amont et en aval du filtre 140.

L'homme de l'art notera que l'utilisation d'un mode commun pour la liaison mobile 200/fixe 100, grâce aux condensateurs 220, 222 et 120, 122, et une liaison classique (différentiel entre les fils de puissance 31, 32) pour les communications réseau, permet d'améliorer le taux de réjection des deux signaux.

Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits mais s'étend à toute variante conforme à son esprit.

L'homme de l'art comprendra à la lecture de la description qui précède, que la présente invention permet d'assurer une liaison entre d'une part chacun des dispositifs d'alimentation électrique 100 d'un réseau comprenant une pluralité de tels dispositifs 100 et d'autre part un équipement mobile 200 quelconque, par l'intermédiaire d'un câble 30 classique (à trois fils pour du monophasé (sans fil pilote)) et de connecteurs standards 180, 280 prévus l'un côté dispositif d'alimentation 100, l'autre côté module 200, voire d'un seul connecteur standard 180 ou 280. On entend par standard, un connecteur 180 et/ou

280 classique (comprenant trois broches pour du monophasé et non pas à quatre broches comme requis selon l'état de la technique illustré sur la figure 1). Bien entendu, pour une alimentation polyphasée le nombre de fils du câble 30 et le nombre de broches du connecteur 180 et/ou 280 doit être adapté en conséquence.

L'homme de l'art comprendra également que le fait de positionner l'émetteur 210 dans l'équipement amovible 200 et non pas comme illustré sur la figure 2 au niveau de chaque dispositif d'alimentation comprenant les interrupteurs 15, 16, permet d'améliorer la fiabilité de détection de continuité de la ligne de terre 33. En effet, en positionnant l'émetteur 210 et l'élément 110 gérant l'ouverture des

contacts 15, 16 respectivement dans l'équipement 200 et dans le dispositif d'alimentation 100 l'on impose une continuité de terre 33 permanente entre ces éléments 210 et 110 pour assurer le maintien de l'alimentation sur les fils de puissance 31, 32. Bien entendu les représentations données sur les figures annexées sont schématiques et ne sont en aucune façon limitatives. En pratique le module 200 et le poste 100 peuvent être complétés par tout moyen additionnel requis. A titre indicatif le module 200 peut comprendre un bus reliant l'émetteur 210 au réseau de bord d'un véhicule et notamment à un ordinateur de bord. De même le poste 100 peut comporter un compteur de l'énergie fournie, un disjoncteur, des fusibles, etc..

Par ailleurs dans le cadre de la présente invention on peut envisager de remplacer le couplage capacitif des émetteur 210 et récepteur 110 avec les fils 31 et 32, grâce aux condensateurs 220, 222 et 120, 122 par un couplage inductif.